University of Groningen
Quaternary ammonium compounds to prevent oral biofilm formation
Miura Sugii, Mari
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Publication date: 2019
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Miura Sugii, M. (2019). Quaternary ammonium compounds to prevent oral biofilm formation.
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Summary
Samenvatting
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129
SUMÁRIO
Infecções bacterianas são transtornos recorrentes na história da humanidade. Microrganismos, em especial, em biofilmes podem gerar graves e onerosas implicações para a sociedade. No capítulo 1 encontra-se um resumo sobre o processo de formação de biofilme e as complicações associadas a este. Neste capítulo a dificuldade de se combater biofilmes é evidenciada e materiais com atividade antimicrobiana para fins biomédicos são introduzidos como estratégia para contrapor a problemática.
Neste contexto, o capítulo 2 é uma revisão sobre materiais com potencial antimicrobiano. Considerando-se microrganismos da cavidade oral, a colonização e o estabelecimento de biofilmes são fatores preponderantes para o desenvolvimento da doença cárie. Atualmente direcionam-se esforços de prevenção também para o desenvolvimento de materiais dentários com potencial antimicrobiano por meio da incorporação de agentes antimicrobianos à matriz ou à superfície do material. Agentes antimicrobianos incorporados, em geral, são liberados em altas concentrações iniciais seguidas de menores taxas de libração ao longo do tempo. Este capítulo traz uma revisão da literatura sobre superfícies modificadas por organossilanos ou monômeros metacrilatos contendo compostos de amônio quaternário (QAC) para aplicação biomédica e odontológica.
No capítulo 3, avalia-se o potencial de inibição da formação de biofilme de um silicato contendo iodeto de amônio quaternário (IQAMS) inserido na resina composta para cimentação de bráquetes Transbond XT Light Cure Adhesive ou aplicado como um revestimento sobre a superfície desta. Espectroscopia de infravermelho com reflexão total atenuada foi utilizada para caracterizar o composto IQAMS. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) associada a espectroscopia de energia dispersiva de raios-X revelou que os grupos amônios quaternários provenientes do IQAMS encontravam-se distribuídos homogeneamente tanto incorporados na resina composta quanto aplicados na superfície desta. Ensaios com Streptococcus mutans demonstraram que o IQAMS utilizado como revestimento na superfície da resina composta foi mais eficaz na inibição da formação de biofilme bacteriano, apresentando menos unidades formadoras de colônia (UFC) do que quando inserido na resina composta. A diferença de eficácia foi atribuída à baixa disponibilidade de grupos amônios quaternários após fotoativação. Além disso, a incorporação de IQAMS diminuiu a resistência coesiva e a resistência ao cisalhamento da resina composta. Desta forma,
130 concluiu-se que o composto IQAMS exibe potencial de inibição de formação de biofilme apenas quando aplicado na superfície da resina composta como material de revestimento o que poderia auxiliar na prevenção de infecções orais durante o tratamento ortodôntico.
No Capítulo 4 aprofunda-se a investigação de materiais dentários contendo amônios quaternários. Dada a dificuldade de escovação gerada pela cimentação de aparelhos ortodônticos, a formação de biofilme na superfície dos aparatos e na região circundante é uma complicação recorrente. Para transpor o problema de acúmulo de biofilme, revestimentos de polihidroxiurethanas (PHU) contendo sal de amônio quaternário (QAS) foram desenvolvidos para aplicação em superfícies de aço inoxidável. Dois híbridos de polihidroxiuretanas foram sintetizados aos quais QAS foi adicionado por meio de processo sol-gel. A síntese dos compostos e preparo dos revestimentos foram bem sucedidos como demonstrado por técnicas de caracterização do tipo FTIR-ATR, NMR, XPS e GIXS. Os revestimentos exibiram acentuada atividade antimicrobiana contra S. mutans tanto através da liberação de QAS como pelo contato do microrganismo com a superfície do revestimento. Em contrapartida a liberação de QAS também resultou em maiores níveis de citotoxicidade para fibroblastos L929. Dois tratamentos foram propostos para diminuir o efeito citotóxico: um curto processo de troca iônica em solução de fosfato de sódio e um extensivo processo de lavagem (3 dias) em água demineralizada. Nenhum dos tratamentos afetou as propriedades antimicrobianas dos revestimentos. O processo de lavagem por 3 dias levou à diminuição da citotoxicidade dos revestimentos mantidos em meio de cultura por 7 dias, ao contrário do processo de troca iônica que não alterou os efeitos citotóxicos do revestimento. Em conclusão, o revestimento de PHU-QAS após processo de lavagem pode ser considerado um método eficaz para atribuir atividade antimicrobiana a superfícies de aço inoxidável.
Baseados no desempenho apresentado pelos revestimentos contendo QAC, no Capítulo 5 avalia-se a incorporação de um QAC em um selante de superfície comercial, produto idealizado para aplicação na superfície de restaurações. O objetivo deste estudo foi avaliar o selante de superfície quanto à resistência mecânica à abrasão por escovação e quanto ao efeito antimicrobiano após adição de QAC. Ciclos de escovação, MEV e teste de formação de biofilme de S. mutans foram conduzidos para 4 tipos de superfície: resina composta Z350 XT, resina composta recoberta por selante de superfície BisCover, resina composta recoberta
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SUMÁRIO
Infecções bacterianas são transtornos recorrentes na história da humanidade. Microrganismos, em especial, em biofilmes podem gerar graves e onerosas implicações para a sociedade. No capítulo 1 encontra-se um resumo sobre o processo de formação de biofilme e as complicações associadas a este. Neste capítulo a dificuldade de se combater biofilmes é evidenciada e materiais com atividade antimicrobiana para fins biomédicos são introduzidos como estratégia para contrapor a problemática.
Neste contexto, o capítulo 2 é uma revisão sobre materiais com potencial antimicrobiano. Considerando-se microrganismos da cavidade oral, a colonização e o estabelecimento de biofilmes são fatores preponderantes para o desenvolvimento da doença cárie. Atualmente direcionam-se esforços de prevenção também para o desenvolvimento de materiais dentários com potencial antimicrobiano por meio da incorporação de agentes antimicrobianos à matriz ou à superfície do material. Agentes antimicrobianos incorporados, em geral, são liberados em altas concentrações iniciais seguidas de menores taxas de libração ao longo do tempo. Este capítulo traz uma revisão da literatura sobre superfícies modificadas por organossilanos ou monômeros metacrilatos contendo compostos de amônio quaternário (QAC) para aplicação biomédica e odontológica.
No capítulo 3, avalia-se o potencial de inibição da formação de biofilme de um silicato contendo iodeto de amônio quaternário (IQAMS) inserido na resina composta para cimentação de bráquetes Transbond XT Light Cure Adhesive ou aplicado como um revestimento sobre a superfície desta. Espectroscopia de infravermelho com reflexão total atenuada foi utilizada para caracterizar o composto IQAMS. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) associada a espectroscopia de energia dispersiva de raios-X revelou que os grupos amônios quaternários provenientes do IQAMS encontravam-se distribuídos homogeneamente tanto incorporados na resina composta quanto aplicados na superfície desta. Ensaios com Streptococcus mutans demonstraram que o IQAMS utilizado como revestimento na superfície da resina composta foi mais eficaz na inibição da formação de biofilme bacteriano, apresentando menos unidades formadoras de colônia (UFC) do que quando inserido na resina composta. A diferença de eficácia foi atribuída à baixa disponibilidade de grupos amônios quaternários após fotoativação. Além disso, a incorporação de IQAMS diminuiu a resistência coesiva e a resistência ao cisalhamento da resina composta. Desta forma,
130 concluiu-se que o composto IQAMS exibe potencial de inibição de formação de biofilme apenas quando aplicado na superfície da resina composta como material de revestimento o que poderia auxiliar na prevenção de infecções orais durante o tratamento ortodôntico.
No Capítulo 4 aprofunda-se a investigação de materiais dentários contendo amônios quaternários. Dada a dificuldade de escovação gerada pela cimentação de aparelhos ortodônticos, a formação de biofilme na superfície dos aparatos e na região circundante é uma complicação recorrente. Para transpor o problema de acúmulo de biofilme, revestimentos de polihidroxiurethanas (PHU) contendo sal de amônio quaternário (QAS) foram desenvolvidos para aplicação em superfícies de aço inoxidável. Dois híbridos de polihidroxiuretanas foram sintetizados aos quais QAS foi adicionado por meio de processo sol-gel. A síntese dos compostos e preparo dos revestimentos foram bem sucedidos como demonstrado por técnicas de caracterização do tipo FTIR-ATR, NMR, XPS e GIXS. Os revestimentos exibiram acentuada atividade antimicrobiana contra S. mutans tanto através da liberação de QAS como pelo contato do microrganismo com a superfície do revestimento. Em contrapartida a liberação de QAS também resultou em maiores níveis de citotoxicidade para fibroblastos L929. Dois tratamentos foram propostos para diminuir o efeito citotóxico: um curto processo de troca iônica em solução de fosfato de sódio e um extensivo processo de lavagem (3 dias) em água demineralizada. Nenhum dos tratamentos afetou as propriedades antimicrobianas dos revestimentos. O processo de lavagem por 3 dias levou à diminuição da citotoxicidade dos revestimentos mantidos em meio de cultura por 7 dias, ao contrário do processo de troca iônica que não alterou os efeitos citotóxicos do revestimento. Em conclusão, o revestimento de PHU-QAS após processo de lavagem pode ser considerado um método eficaz para atribuir atividade antimicrobiana a superfícies de aço inoxidável.
Baseados no desempenho apresentado pelos revestimentos contendo QAC, no Capítulo 5 avalia-se a incorporação de um QAC em um selante de superfície comercial, produto idealizado para aplicação na superfície de restaurações. O objetivo deste estudo foi avaliar o selante de superfície quanto à resistência mecânica à abrasão por escovação e quanto ao efeito antimicrobiano após adição de QAC. Ciclos de escovação, MEV e teste de formação de biofilme de S. mutans foram conduzidos para 4 tipos de superfície: resina composta Z350 XT, resina composta recoberta por selante de superfície BisCover, resina composta recoberta
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131 por composto QAC e resina composta recoberta por selante de superfície BisCover acrescido de composto QAC. A morfologia das superfícies escovadas e não-escovadas foi qualitativamente comparada por MEV e o potencial antimicrobiano mensurado por UFC/cm2. A atividade antimicrobiana exibida pelo QAC foi
semelhante para o composto puro e para o composto inserido no selante de superfície BisCover. Este potencial antimicrobiano foi reduzido após escovação equivalente a 2,5 meses porém, UFC/cm2 da superfície recoberta por QAC diferiu
estatisticamente das demais superfícies escovadas. Imagens obtidas em MEV entretanto, evidenciaram que o selante de superfície acrescido de QAC melhor mantiveram as características de superfície frente a forças de abrasão.
No capítulo 6 discute-se os capítulos anteriores destacando as mudanças de abordagem e de materiais entre estudos e fundamentando tais alterações. Além disso, aspectos como citotoxicidade e resistência bacteriana a QAC são sugeridos para futuras pesquisas.
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131 por composto QAC e resina composta recoberta por selante de superfície BisCover acrescido de composto QAC. A morfologia das superfícies escovadas e não-escovadas foi qualitativamente comparada por MEV e o potencial antimicrobiano mensurado por UFC/cm2. A atividade antimicrobiana exibida pelo QAC foi
semelhante para o composto puro e para o composto inserido no selante de superfície BisCover. Este potencial antimicrobiano foi reduzido após escovação equivalente a 2,5 meses porém, UFC/cm2 da superfície recoberta por QAC diferiu
estatisticamente das demais superfícies escovadas. Imagens obtidas em MEV entretanto, evidenciaram que o selante de superfície acrescido de QAC melhor mantiveram as características de superfície frente a forças de abrasão.
No capítulo 6 discute-se os capítulos anteriores destacando as mudanças de abordagem e de materiais entre estudos e fundamentando tais alterações. Além disso, aspectos como citotoxicidade e resistência bacteriana a QAC são sugeridos para futuras pesquisas.
